循环冷却水水质对合成氨系统的影响及控制

2022-06-12吴菲

现代工业经济和信息化 2022年4期

吴菲

（灵石中煤化工有限责任公司，山西晋中 031300）

引言

众所周知，循环冷却水的主要作用是降低工业生产过程中所产生的热量，确保生产系统的稳定运行。循环冷却技术具有节约水资源、冷却效率高等特点，被广泛应用于生产行业。但是，随着循环冷却水的长期使用，冷却水的水质也会变得越来越差，冷却水的硬度、碱度以及含盐量会逐渐增高，最终会导致系统发生结垢、腐蚀以及微生物滋生等问题。因此，加强对合成氨系统中冷却水水质的分析与控制，对减缓系统腐蚀及结垢具有重要意义。

1 循环冷却水水质对合成氨系统的影响

1.1 循环冷却水腐蚀机理分析

由于循环冷却水系统中的换热器为金属碳钢材质，其表面存在很多极微小的电极，构成一个微电池。在与水接触过程中，因水具有导电性且自带有溶解氧，长期接触后，碳钢会发生氧化还原反应，进而形成电化学腐蚀现象。碳钢金属材质腐蚀过程，如图1所示。

阳极反应过程：Fe→Fe2++2e。

阴极反应过程：O2+2H2O+4e→4OH-。

在冷却水中的化学反应：Fe2++2OH-=Fe（OH）2。

1.2 冷却水腐蚀形态分析

循环冷却水在金属中的腐蚀形态主要分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种形态。均匀腐蚀是金属的表面发生大面积均匀性腐蚀，它的腐蚀危害并不大，通常设备在设计制造过程中已经考虑到这一腐蚀问题，并预先设定了预留腐蚀余量。局部腐蚀主要包括：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀以及应力腐蚀等。其中孔蚀是循环冷却水系统中对系统腐蚀破坏程度和隐患最大的腐蚀形态之一。孔蚀现象主要是局限在金属层的某部分区域，大部分表面层不发生腐蚀或者发生轻微腐蚀，而局部区域发生蚀孔或者是麻点，并且随着时间的推移腐蚀孔朝向纵深发展。孔蚀的发生通常在伴随有侵蚀性阴离子，如Cl-，以及氧化剂存在的环境条件下，与易钝化或合金金属表层发生腐蚀。

2 合成氨系统中冷却水腐蚀水冷器的主要原因分析

在合成氨系统中影响腐蚀的因素很多，因此，首先要做好冷却水水质的分析。通过对冷却水水质进行化验分析，对发生腐蚀的原因做出科学判断，进而采取针对性措施来防止腐蚀程度的进一步发展。

根据不同的工艺条件和设备材质，需要对循环水的水质采取不同的控制指标，来满足生产需要。对循环水的pH、总碱度、氨氮等重要指标开展监测与分析（如表1所示），及时掌握循环水水质，以便有针对性地采取措施。

表1 循环水水质参照指标

图2为某阶段循环水监测中总碱度数据分析图，水质pH、氨氮数据趋势图如下页图3、图4所示。

从以上数据可以看出，合成氨系统发生漏氨情况，当氨进入合成循环水后，循环水初期pH值逐渐上升，但由于循环水中的硝化菌群作用，在一定的pH值范围内使氨生成亚硝酸和硝酸，水体中的碱度被中和，使循环水pH值又降低。在不满足硝化菌群进行硝化反应时，循环水中NH3-N随之上升，同时系统中的缓蚀阻垢剂与氨会发生氨化反应，也会造成NH3-N升高，从而加剧对系统的腐蚀。

通过多年对合成氨循环冷却水系统的运行效果进行观察，并结合工作经验可知，系统中无机垢的控制效果相对较好，而对冷却水中微生物的控制却存在很多不足，导致系统腐蚀控制效果不够理想。通过对该化工企业冷却水水质进行分析，引发水冷器腐蚀的主要原因是垢下腐蚀和冷却水系统PH值不稳定等因素引起的，而不是由于缓蚀剂的作用效果不理想而引起的，所以针对腐蚀的控制需要将重点放在微生物的控制管理及水质分析上，而不是一味地提高缓蚀剂的阻垢性能。

3 合成氨系统中循环冷却水的腐蚀控制策略

3.1 做好杀菌灭生工作

循环冷却水中菌藻的滋生泛滥对系统腐蚀危害极大，如：硫酸还原细菌、铁细菌、氢细菌及锰细菌等，自身就会对金属设备产生腐蚀危害。同时，菌藻的滋生泛滥会产生黏泥，时间久了会发生垢下腐蚀。因此，针对这方面的腐蚀问题需要做好有效的灭生方案。

适当增加杀菌剂的投加频率及提高杀菌剂的浓度，对合成氨循环冷却水系统有明显效率。但是要想彻底改变合成氨循环冷却水系统的运行状况，还需要进一步深入研究。由于附着在设备表面的黏泥会严重阻碍缓蚀剂的药效，无法发挥其本身的作用。只有当金属表面的黏泥发生脱离后暴露出金属面，缓蚀剂与金属表面相接触，才能有效抑制垢下腐蚀，才能真正实现冷却水系统的有效运行。

3.2 做好系统的定期清洗工作

合成氨过程中系统泄露问题时常发生，难以避免，虽然采取了有效的杀生方案，把冷却水系统中的菌藻微生物降低到最低，控制好了水质问题，但冷却水浊度仍会出现升高，究其原因，是补充水浊度以及空气中的灰尘引发的浊度变化。当水中浊度增大，时间久了就会产生沉积物，影响冷却水的换热效率。因此，要定期对换热器进行清洗，降低设备维修率，节约能源成本，有效延长设备的运行年限。

3.3 合理提高循环冷却水的浓缩倍率

在循环冷却水中通过加入一定浓度的缓释阻垢剂，可以有效提高冷却水的浓缩倍率。在高硬度和浓缩倍数下的阻垢缓蚀剂，具有优异的阻垢缓蚀效果，对水中的碳酸钙、硫酸钙和磷酸钙等有很好的螯合分散作用，对碳钢、铜、不锈钢等有很好的缓蚀作用，缓蚀效果好，阻垢能力强，不仅能够节约用药量，还能够节约大量的水资源。在循环水系统中，旁滤系统能够很好地去除系统中的黏泥和一些悬浮物，降低水中微生物的沉积，提高水质，降低设备的腐蚀率，确保旁滤系统正常运行，才能保证循环水系统的稳定运行。

3.4 优化冷却水管理工作

俗话说“三分药剂，七分管理”，要想做好冷却水管理工作，一方面要做好系统运行设备的管理工作，减少或避免因物料发生泄露而导致的循环冷却水系统异常影响，要定期对加药相关设备进行维护保养，确保设备稳定运转。另一方面，要定期对相关技术人员进行相应的技术培训，要严格遵循操作规章进行操作，确保循环冷却水系统长效稳定运行。